экология
.pdfМИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ ВЯТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ИНЖЕНЕРНО СТРОИТЕЛЬНЫЙ ФАКУЛЬТЕТ
КАФЕДРА ПРОМЫШЛЕННОЙ ЭКОЛОГИИ И БЕЗОПАСНОСТИ
Е.В.КУЦ
ПРАКТИКУМ ПО ЭКОЛОГИИ
Учебное пособие
Для студентов всех специальностей
КИРОВ 2004
Печатается по решению редакционно-издательского совета Вятского государственного университета
УДК 502.3:574.6 К 95
Рецензент: д.т.н., профессор Флегентов И.В., каф. ПЭБ к.т.н., доцент Дегтерев Б.И, каф.ПЭБ
Куц Е.В., Практикум по экологии. – Киров: Изд-во ВятГУ, 2004. – 66 с.
В учебном пособии приведены основные сведения по нормированию выбросов в атмосферу, по нормированию загрязнений в природных водных объектах, по нормированию уровня загрязнения почвенного слоя. Приведены примеры выполнения расчетных работ, исходные и некоторые справочные
данные.
Авторская редакция
Подписано в печать |
Усл.печ.л. |
Бумага офсетная |
Печать матричная |
|
Тираж |
Текст предоставлен с оригинала-макета, представленного авторами
610000, г.Киров, ул.Московская, 36.
Вятский государственный университет, 2004
Е.В.Куц, 2004
Содержание: |
|
1. РАСЧЕТНАЯ РАБОТА №1. «РАССЕИВАНИЕ В АТМОСФЕРЕ |
|
ЗАГРЯЗНЯЮЩИХ ВЕЩЕСТВ»....................................................................... |
4 |
1.1. Основные положения................................................................................... |
4 |
1.2. Расчет приземных концентраций загрязняющих веществ от |
|
одиночного источника................................................................................ |
7 |
1.3. Расчет ПДВ (для действующих предприятий)........................................ |
14 |
1.4. Расчет минимальной высоты трубы (для вновь строящихся |
|
предприятий)............................................................................................. |
14 |
1.5. Задание к расчетной работе № 1............................................................... |
15 |
1.6. Контрольные вопросы к расчетной работе №1....................................... |
16 |
Библиографический список рекомендуемой литературы к работе №1: ..... |
17 |
2. РАСЧЕТНЫЕ РАБОТЫ №2 и №3. «ОХРАНА И РЕГУЛИРОВАНИЕ |
|
ПРИРОДНЫХ ВОДНЫХ ОБЪЕКТОВ». ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ..... |
17 |
2.1. Основные категории поверхностных водных объектов по характеру |
|
водопользования. Виды ПДК и ЛПВ. ..................................................... |
17 |
2.2. Индекс загрязненности воды.................................................................... |
21 |
2.3. Предельно-допустимый сброс.................................................................. |
23 |
2.4. Степень очистки сточных вод................................................................... |
25 |
2.5. Прогнозирование санитарного состояния водного объекта.................. |
26 |
2.6. Метод расчета разбавления сточных вод ................................................ |
27 |
2.7.Задание к расчетной работе № 2. «Определение кратности разбавления сточных вод, необходимой степени очистки, предельно-допустимого сброса и соответствия установленного сброса сточных вод
природоохранным требованиям» ............................................................ |
29 |
2.8. Пример выполнения расчетной работы №2. ........................................... |
29 |
2.9. Задание к расчетной работе № 3............................................................... |
39 |
2.10. Пример выполнения расчетной работы № 2 ......................................... |
39 |
Библиографический список рекомендуемой литературы к расчетным |
|
работам №2 и №3 ...................................................................................... |
47 |
3. РАСЧЕТНЫЕ РАБОТЫ №4 И №5. «ОЦЕНКА СТЕПЕНИ ОПАСНОСТИ |
|
ЗАГРЯЗНЕНИЯ ПОЧВ ХИМИЧЕСКИМИ ВЕЩЕСТВАМИ».................... |
48 |
3.1. Основные положения................................................................................. |
48 |
3.2. Задание к расчетной работе №4 «Гигиеническая оценка почв, |
|
используемых для выращивания сельскохозяйственных растений» .. |
51 |
3.3. Пример выполнения задания .................................................................... |
51 |
3.4. Гигиеническая оценка почв у населенных пунктов............................... |
56 |
3.5. Задание к расчетной работе №5 «Гигиеническая оценка почв |
|
населенных пунктов»................................................................................ |
57 |
3.6. Пример выполнения задания .................................................................... |
58 |
Библиографический список рекомендуемой литературы к работе № 3 ..... |
59 |
3
1. РАСЧЕТНАЯ РАБОТА №1. «РАССЕИВАНИЕ В АТМОСФЕРЕ ЗАГРЯЗНЯЮЩИХ ВЕЩЕСТВ»
1.1. ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ
Проблема охраны окружающей среды от загрязнения промышленными выбросами стала в ряд важнейших задач современности. Воздействия промышленных предприятий, энергетических систем, транспорта на атмосферу, водоёмы и недра достигли таких размеров, что сейчас в крупных промышленных центрах уровни загрязнений существенно превышают допустимые санитарные норм.
Источники выбросов загрязняющих атмосферу веществ могут быть подвижными (транспорт) и стационарными. Выбросы из стационарных источников подразделяются по нескольким критериям (рис.1):
Рис.1. Классификация выбросов в атмосферу
Аэрозоли – это системы, характеризующиеся наличием в газовой среде твердых или жидких частиц. Пыли содержат твердые частицы размером до 800 мкм, дымы - твердые частицы размером 0,1 - 5 мкм, туманы - жидкие частицы (капли) размером 0,3 - 5 мкм.
4
Неорганизованный промышленный выброс - выброс, поступающий в атмосферу в виде ненаправленных потоков газа в результате нарушения герметичности оборудования. К неорганизованным относятся выбросы, не имеющие фиксированного устья: выделения вредных веществ с открытых складов строительных материалов, карьеров, хранилищ отходов и т.д.
Организованный промышленный выброс - выброс, поступающий в атмосферу через специально сооруженные газоходы, воздуховоды, трубы, шахты и т.п. устройства. Организованные выбросы имеют фиксированное устье и подразделяются на точечные или одиночные (трубы промышленных предприятий, выбросные шахты систем вентиляции, газоотводные трубы от аппаратов и т.п.) и линейные (аэрационные фонари, близко расположенные вытяжные шахты, открытые окна, через которые удаляются вредные вещества,
и т.п.).
Одиночные выбросы из стационарных источников в зависимости от высоты трубы (Н) подразделяются на
-высокие, при Н> 50 м;
-средние при Н = 10...50 м;
-низкие при Н = 2...10 м;
-наземные при Н < 2 м (в этом случае в расчетах принимают Н = 2м).
Промышленные выбросы считаются нагретыми, если их температура выше температуры окружающего атмосферного воздуха.
Без очистки могут выбрасываться как неорганизованные, так и организованные выбросы, после очистки - только организованные.
С целью регламентации загрязнений атмосферы установлены предельно допустимые концентрации вредных веществ в атмосферном воздухе населенных пунктов (ПДК) и предельно допустимые выбросы загрязняющих веществ из источников (ПДВ). ПДК - максимальная допустимая концентрация примеси в атмосфере, отнесенная к определенному времени усреднения. Существует два вида ПДК для нормирования выбросов в атмосферу для населенных пунктов:
5
-среднесуточная ПДКс.с (мг/м3) - это максимальная концентрация вещества, при которой оно не оказывает прямого или косвенного воздействия на человека в условиях неопределенно долгого круглосуточного вдыхания;
-максимальная разовая ПДКм.р (мг/м3) - это максимальная концентрация вещества, при которой оно при кратковременном (до 20 мин.) воздействии не вызывает рефлекторных реакций организма. Под рефлекторными реакциями понимается ощущение неприятных запахов, появление аллергического состояния, чихания и т.д.
Действующими нормативными документами [1], [2] установлены ПДК для большинства вредных газов, паров, аэрозолей.
Величина наибольшей концентрации каждого вредного вещества в приземном слое атмосферы (слой высотой в 2 м от поверхности земли) не должна превышать величины максимальной разовой ПДКм.р..
ПДВ для данного источника (группы источников) - это максимальное количество вредного вещества, допустимое к выбросу из источника в единицу времени при соблюдении условия, чтобы содержание этого вещества в приземном слое воздуха вокруг источника или совокупности источников не превышало нормативов качества воздуха для населения, животного и растительного мира.
Основными критериями качества атмосферного воздуха при установлении ПДВ для источников загрязнения атмосферы являются максимальные разовые ПДКм.р.. При этом должно выполняться условие: отношение расчетной концентрации См. вредного вещества в приземном слое
воздуха к величине ПДКм.р. данного вещества |
не должно превышать единицы: |
См ПДКм. р. ≤1. |
(1.1) |
При установлении ПДВ учитывают значения фоновых концентраций Сф вредных веществ в воздухе (суммарное загрязнение атмосферы от остальных
6
источников города или другого населенного пункта, в том числе и от автотранспорта, за исключением рассматриваемого источника).
Таким образом, величина ПДВ (г/с) из источника для каждого вещества устанавливается, исходя из условия:
(Cм +Сф )≤ ПДКм. р , |
(1.2) |
или |
|
(См +Сф ) ПДКм. р. ≤1. |
(1.3) |
При одновременном присутствии в атмосфере некоторых вредных веществ они могут обладать суммацией вредного действия. Эффектом суммации обладают, например, ацетон и фенол, сернистый ангидрид и двуокись азота, сернистый ангидрид, окись углерода, фенол и пыль конверторного производства, а также целый ряд других веществ [1];
Величина ПДВ подобных веществ устанавливается, исходя из условия:
Cм1 +Сф1 |
+ |
См2 +Сф2 |
+... + |
Смп +Сфп |
≤1. |
(1.4) |
ПДКм. р1 |
ПДКм. р2 |
ПДКм. р.п |
|
|||
|
|
|
|
1.2. РАСЧЕТ ПРИЗЕМНЫХ КОНЦЕНТРАЦИЙ ЗАГРЯЗНЯЮЩИХ ВЕЩЕСТВ ОТ ОДИНОЧНОГО ИСТОЧНИКА
После выхода из устья источника загрязняющие вещества начинают рассеиваться в атмосфере в направлении оси факела выброса. Часть веществ перемещается вверх, часть - горизонтально, часть направляется в нижние воздушные слои. Существенное влияние на характер рассеивания оказывают состояние атмосферы, расположение предприятий, особенности местности, свойства выбросов, высота трубы, скорость ветра и другие факторы.
7
Скорость горизонтального перемещения загрязнений в основном определяется скоростью ветра U (м/с). На скорость вертикального перемещения оказывает влияние целый ряд факторов.
Форма струи, вытекающей из устья трубы, и уровень загрязненности приземного слоя атмосферы вокруг источника зависят от степени вертикальной устойчивости атмосферы. Существует 3 типа степеней вертикальной устойчивости атмосферы: конвекция, изотермия и инверсия.
При конвекции нижние слои воздуха теплее верхних, происходит интенсивное вертикальное перемешивание слоев, что препятствует концентрированию загрязнений в приземном слое.
При изотермии. развивающейся чаще в пасмурную погоду, температура воздуха почти одинакова во всех слоях в 20-30 м от поверхности земли. Концентрации загрязняющих веществ в приземном слое выше, чем при конвекции.
При инверсии, возникающей при ясной погоде и малых скоростях ветра, нижние слои воздуха холоднее верхних, в результате чего почти полностью отсутствует вертикальное перемешивание слоев. Это наиболее неблагоприятные условия, при которых происходит интенсивное скопление загрязняющих веществ у поверхности земли.
Существует 5 форм струй, выходящих из устья трубы. Наиболее опасна задымленная струя (образующаяся при инверсии), когда вредные вещества стремятся к земле вдоль всей струи. Эта форма струи использована в схеме распределения концентраций вредных веществ в атмосфере при выбросе через высокие трубы (см. рис.2).
По мере удаления от источника выброса концентрация вредных веществ в приземном слое атмосферы вначале увеличивается, а затем, достигнув максимума, постепенно уменьшается, что говорит о наличии трех зон загрязнения атмосферы:
-зона переброса факела выброса, характеризующаяся невысокой концентрацией вредных веществ в приземном слое;
8
-зона задымления, т.е. зона максимального содержания вредных веществ;
-зона постепенного снижения концентраций вредных веществ.
Направление ветра
Рис. 2. Распределение приземной концентрации вредных веществ в атмосфере
С – концентрация вредного вещества в приземном слое, мг/м3 Х – расстояние от трубы (источника выброса), м
H – высота трубы (источника выброса), м
По ОНД-86 [3] рассчитываются возможные концентрации вредных веществ при «неблагоприятных» метеоусловиях, продолжительность которых не превышает 150 часов в течении года. Реальные концентрации вредных веществ в течение года будут значительно ниже расчетных.
Основной расчетной величиной является максимальная приземная концентрация вредного вещества См [мг/м3].
Величину максимальной приземной концентрации См (мг/м3) вредного вещества при выбросе нагретой газопылевоздушной смеси из точечного источника с круглым устьем на расстоянии Хм (м) от источника определяют по формуле (1.5)
9
Cм = |
A M F m n η |
(1.5) |
|||
H 2 |
3 |
V |
∆T |
|
|
|
|
||||
|
|
|
1 |
|
|
где А - коэффициент, учитывающий вероятность возникновения «неблагоприятных» метеоусловий в различных регионах страны (с2/3*мг*град1/3/г).
Для Нижнего Поволжья, Сибири, Дальнего Востока принимают А=200; для севера и северо-запада европейской территории России, Среднего Поволжья и Урала принимают A=160; для центральной части европейской территории А=140;
М- мощность выброса - количество вредного вещества, выбрасываемого в атмосферу в единицу времени, (г/с). Принимается в соответствии с действующими для данного производства нормативами, определяется расчетом или с помощью анализа. Если известна концентрация вещества С*(мг/м3) в выбрасываемой из устья источника пылегазовоздушной смеси, то величина М определяется по формуле:
М = С V1 10−3 . |
(1.6) |
F - безразмерный коэффициент, учитывающий скорость оседания вредных веществ в атмосферном воздухе. Для газообразных веществ и мелкодисперсных аэрозолей (пыль, зола и т.п.), скорость оседания которых не превышает 0,05 м/с, принимается F=1. Для остальных аэрозолей, выбрасываемых с предварительной очисткой или без нее, коэффициент F принимается следующим образом:
F=2 |
при эффективности очистки более 90%; |
F=2,5 |
при эффективности очистки 75…90%; |
F=3 |
при эффективности очистки менее 75% (или при |
|
отсутствии очистки) |
|
|
10